मिशिगन विश्वविद्यालय के एक अध्ययन से पता चलता है कि विकिरण परीक्षण से पता चलता है कि कार्बन-आधारित, या कार्बनिक, सामग्री से बने सौर सेल अंतिम सीमा में बिजली पैदा करने के लिए पारंपरिक सिलिकॉन और गैलियम आर्सेनाइड से बेहतर प्रदर्शन कर सकते हैं।
जबकि पिछले शोध में इस बात पर ध्यान केंद्रित किया गया था कि विकिरण के संपर्क में आने के बाद कार्बनिक सौर कोशिकाओं ने कितनी अच्छी तरह प्रकाश को बिजली में परिवर्तित किया, नई जांच में यह भी पता चला कि आणविक स्तर पर प्रदर्शन में गिरावट का कारण क्या होता है।
में प्रकाशित होने वाले अध्ययन के पहले लेखक योंग्शी ली ने कहा, “सूर्य से आने वाले प्रोटॉन विकिरण के कारण सिलिकॉन अर्धचालक अंतरिक्ष में स्थिर नहीं हैं।” जौल और अनुसंधान के समय इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग में एक यूएम सहयोगी अनुसंधान वैज्ञानिक। “हमने प्रोटॉन के साथ कार्बनिक फोटोवोल्टेइक का परीक्षण किया क्योंकि उन्हें इलेक्ट्रॉनिक सामग्रियों के लिए अंतरिक्ष में सबसे हानिकारक कण माना जाता है।”
अंतरिक्ष मिशन अक्सर अपनी उच्च दक्षता और प्रोटॉन से क्षति के प्रतिरोध के लिए गैलियम आर्सेनाइड पर उतरते हैं, लेकिन यह महंगा है और सिलिकॉन की तरह, अपेक्षाकृत भारी और अनम्य है। इसके विपरीत, कार्बनिक सौर सेल लचीले हो सकते हैं और बहुत हल्के होते हैं। यह अध्ययन ऑर्गेनिक्स की विश्वसनीयता की खोज करने वालों में से एक है, क्योंकि अंतरिक्ष मिशन अत्यधिक विश्वसनीय सामग्रियों का उपयोग करते हैं।
छोटे अणुओं से बने कार्बनिक सौर कोशिकाओं को प्रोटॉन से कोई परेशानी नहीं हुई – तीन साल के विकिरण के बाद उनमें कोई क्षति नहीं हुई। इसके विपरीत, जो पॉलिमर से बने होते हैं – शाखाओं वाली संरचनाओं के साथ अधिक जटिल अणु – उनकी दक्षता का आधा हिस्सा खो जाता है।
“हमने पाया कि प्रोटॉन कुछ पार्श्व श्रृंखलाओं को तोड़ देते हैं, और यह एक इलेक्ट्रॉन जाल छोड़ देता है जो सौर सेल के प्रदर्शन को ख़राब कर देता है,” यूएम में इंजीनियरिंग के पीटर ए. फ्रेंकेन प्रतिष्ठित विश्वविद्यालय के प्रोफेसर और अध्ययन के प्रमुख लेखक स्टीफन फॉरेस्ट ने कहा।
ये जाल कोशिका से प्रकाश के टकराने से मुक्त हुए इलेक्ट्रॉनों को पकड़ लेते हैं, जिससे उन्हें विद्युत उत्पन्न करने वाले इलेक्ट्रोडों तक प्रवाहित होने से रोका जाता है।
फॉरेस्ट ने कहा, “आप इसे थर्मल एनीलिंग या सौर सेल को गर्म करके ठीक कर सकते हैं। लेकिन हम जाल को अन्य परमाणुओं से भरने के तरीके ढूंढ सकते हैं, जिससे यह समस्या खत्म हो जाएगी।”
यह प्रशंसनीय है कि सूर्य की ओर देखने वाले सौर सेल अनिवार्य रूप से 100°C (212°F) के तापमान पर स्वयं-ठीक हो सकते हैं – यह गर्मी प्रयोगशाला में बंधनों की मरम्मत के लिए पर्याप्त है। लेकिन प्रश्न बने हुए हैं: उदाहरण के लिए, क्या वह मरम्मत अभी भी अंतरिक्ष के शून्य में होगी? क्या लंबे मिशनों के लिए उपचार पर्याप्त विश्वसनीय है? सामग्री को डिज़ाइन करना अधिक सरल हो सकता है ताकि प्रदर्शन-हत्या करने वाले इलेक्ट्रॉन जाल कभी प्रकट न हों।
ली का इरादा चीन में नानजिंग विश्वविद्यालय में उन्नत सामग्री और विनिर्माण के आने वाले एसोसिएट प्रोफेसर के रूप में दोनों मार्गों का पता लगाने का है।
इस शोध को यूनिवर्सल डिस्प्ले कॉर्प और यूएस ऑफ़िस ऑफ़ नेवल रिसर्च द्वारा वित्त पोषित किया गया है।
उपकरणों को आंशिक रूप से लूरी नैनोफैब्रिकेशन सुविधा में बनाया गया था, मिशिगन आयन बीम प्रयोगशाला में एक प्रोटॉन बीम के संपर्क में लाया गया था, और सामग्री विशेषता के लिए मिशिगन सेंटर में अध्ययन किया गया था।
टीम ने यूएम इनोवेशन पार्टनरशिप की सहायता से पेटेंट संरक्षण के लिए आवेदन किया है। यूनिवर्सल डिस्प्ले ने यूएम से प्रौद्योगिकी का लाइसेंस लिया है और पेटेंट आवेदन दायर किया है। फॉरेस्ट का यूनिवर्सल डिस्प्ले कॉर्प में वित्तीय हित है।
